По материалам ESRI
Две трети поверхности Земли покрыто водой, и более половины человечества сосредоточено в полосе шириной 50 миль вдоль побережья. Мы тесно связаны с обширными акваториями, а здоровье и качество жизни в наших океанах напрямую влияет на здоровье и качество нашей жизни.
В Соединенных Штатах с 1970 г. мониторингом прибрежной зоны занимается Национальное агентство по изучению океана и атмосферы (NOAA). Его предшественником было Агентство съемки побережья, основанное еще в 1807 году Томасом Джефферсоном.
Первая кажущаяся очевидной но, как ни странно, во многом непростая задача в управлении прибрежной зоной — это определение ее местоположения. Так, по словам Синди Фоулера, специалиста по информационным технологиям из Центра береговой службы NOAA, точное определение местоположения береговой линии является отправной точкой в данном направлении деятельности агентства. Береговая линия является критически важной границей земельных владений. Она обуславливает выбор вариантов возможного использования определенного участка, потенциальную опасность вследствие затопления и штормов, принятие природоохранных мер. Береговая линия также устанавливает международные границы страны и определяет область юрисдикции государства.
Топографическая карта залива Оушен Сити, штат Мэриленд, созданная на основе лидарной съемки. Цветом показана высота над уровнем моря.
Береговая линия определяется по среднему уровню воды во время пика прилива. Поскольку ее протяженность, с учетом Великих озер, составляет в США более 95 тысяч миль, деятельность NOAA по контролю прибрежной зоны достаточно масштабна. А наблюдающееся в последнее время повышение уровня мирового океана повышает важность и необходимость мониторинга изменений побережья.
Для сбора данных о топографии прибрежной зоны агентство все шире использует бортовые лазерные сканеры – Лидары (от LIDAR: Light Detection And Ranging – Оптическая регистрация и измерение), устанавливаемые на летательных аппаратах и обеспечивающие прямое измерение профиля земной поверхности с высокой точностью. Сканер вырабатывает высокочастотный лазерный импульс и принимает отраженный от земли сигнал с задержкой и интенсивностью, параметры которых зависят от высоты и качества отражающей поверхности. Далее сигнал обрабатывается с учетом данных бортового GPS-приемника внутренними подсистемами сканера.
Данные LIDAR могут быть отображены в ГИС в виде наборов точек, гридов или изолиний. Для данных о высоте лучше подходит формат грид, в котором картируемая область делится на ячейки, и каждой ячейке приписывается значение высоты поверхности над уровнем моря. Набор данных в виде грида обеспечивает более равномерное и непрерывное отображение поверхности и предоставляет лучшие возможности для анализа, управления и отображения геоданных. В NOAA разработано расширение к ArcView Spatial Analyst, названное LIDAR Data Handler. Оно обеспечивает ряд опций для отображения и работы с наборами данных LIDAR в виде гридов [1].
Помимо фиксации местоположения береговой линии, NOAA занимается картированием прибрежных морских акваторий с целью определения таких характеристик как распределение солености воды, местоположение мест обитания разных видов морских животных и растений, масштабы и степень загрязненности прибрежной зоны.
Защита прибрежных вод от загрязнения – еще один важный вид деятельности NOAA. Исторически сложилось так, что большинство программ экологического контроля направлено на слежение за локальными источниками загрязнения, связанными с производственной деятельностью или сбросом сточных вод. Однако благодаря эффективному мониторингу и управлению этими объектами выяснилось, что в настоящее время загрязнение берега в большей степени определяется неточечными источниками, оно, главным образом, связано с дождевым смывом земли и содержащихся в ней загрязнителей с участков водосборов в прибрежные воды.
Изолинии равных высот, построенные по данным LIDAR в виде грида.
Сельскохозяйственные агенты-загрязнители, такие как удобрения, пестициды и продукты жизнедеятельности животных, являются очень вредными неточечными источниками загрязнения береговой зоны. Содержащиеся в них вещества стимулируют рост некоторых видов морской флоры и фауны, что приводит к уменьшению содержания кислорода в воде и, в конечном счете, к гибели других животных и загрязнению прибрежных акваторий.
Неточечные источники загрязнения распространены достаточно широко, их труднее выявить и сложнее предотвратить их воздействие. Тем не менее, были разработаны модели расчета загрязнения от таких источников, основанные на функциях гидрологического моделирования ArcView. Эти модели позволяют успешно предсказать концентрацию и направление распространения загрязнения на водосборе и при движении к океану. Расчет проводится по данным о средней концентрации загрязнителей в ячейках грида, каждая из которых приписана к определенному типу землепользования. Проводится моделирование распространения паводковой волны, несущей загрязнители, от ячейки к ячейке в пределах водосборной системы вплоть до замыкающего створа. На основе цифровой модели рельефа водосбора строится сеть водотоков, рассчитывается среднегодовой объем стока и поток переносимых водой загрязнителей. Внедрение основанной на ГИС технологии позволяет не только отслеживать экологические последствия, но и принимать обоснованные меры по предотвращению загрязнения береговой зоны.
«Обыватель не осознает всей важности океана для его здоровой жизни», — замечает Сильвия Эрл, ведущий научный сотрудник NOAA. «Большие надежды на перемены к лучшему заключены в повышении информированности общества, и ГИС могут сыграть важнейшую роль в образовательном процессе. Состояние океана имеет ключевое значение для будущего всего человечества. Без своего водного сердца и души Земля станет такой же бесплодной и негостеприимной как Марс».
За дополнительной информацией обращайтесь к Синди Фоулер, NOAA (e-mail: Cindy.Fowler@noaa.gov).
[1] В ArcGIS 9.2 будут добавлены средства построения рельефа местности по разным наборам данных, в том числе по точечным и линейным данным лидарных измерений, а также ряд инструментов импорта лидарных данных (в формате LAS).
